有機肥與生物炭對新疆鹽堿沙化土壤微生物群落特征的影響

顧美英，唐光木，張云舒，黃建，張志東，張麗娟，朱靜，唐琦勇，楚敏，徐萬里*

1. 新疆農業科學院微生物應用研究所/新疆特殊環境微生物實驗室，新疆 烏魯木齊 830091；2. 新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，新疆 烏魯木齊 830091；3. 農業農村部鹽堿土改良與利用（干旱半干旱區鹽堿地）重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830091

準噶爾盆地南緣是典型溫帶大陸性干旱氣候，沙化、鹽堿化土壤分布較廣，生態環境較脆弱（劉廣明等，2011；梁萌等，2022）。土壤沙化后質地松散、養分淋失量大；鹽堿化后鹽分聚集在表層，導致土壤質量下降，微生物活性和多樣性降低，這些均不利于作物生長（Minhal et al.，2020；申午艷等，2020）。建立鹽堿沙化土壤地力快速提升培肥措施是目前熱點問題之一。糞便類有機肥可調控鹽離子固定、遷移和淋溶，增加沙化土壤有機質含量，進而提高土壤微生物多樣性和肥料利用率（Chen et al.，2019；于菲等，2022），但存在重金屬和抗生素超標等潛在風險（王紫艷等，2020），且養分肥效釋放緩慢，在作物生長旺盛、需肥量大時，無法及時滿足需求。生物炭作為環境友好型土壤改良劑已廣泛用于障礙性土壤修復，通過提高土壤滲透性，增強水分和養分吸收利用，進而提高作物產量（Hou et al.，2023）。然而來源于農業廢棄物的生物炭本身養分有限，單獨施用不能滿足作物生長需要（胡坤等，2021）。為改善土壤肥力條件且不降低產量和生態安全前提下，在沙化鹽堿土壤上開展施用有機肥與生物炭效果研究，既滿足作物對養分需求，又改善根際微生態環境，是更有價值的沙地、鹽堿地治理方向（Hammam et al.，2022；Khan et al.，2022）。

土壤微生物在提高作物生長和抗逆性及優化土壤生態環境等方面起著重要作用。研究表明，有機肥和生物炭能顯著改善貧瘠土壤物理、化學和微生物特性（Silva et al.，2021）；增加了鹽土微生物量碳和氮，有利于鹽地土壤環境質量的改善（石玉龍等，2019）；可促進土壤中具固氮、溶磷等功能微生物生長繁殖，提高氮肥和磷肥利用率（Zhao et al.，2022）；同時能有效提高土壤抑菌作用，降低根腐病的發病率（Bonanomi et al.，2021）；增施有機肥和生物炭對沙土和鹽堿土中具體細菌和真菌類群相對豐度的變化有少量文獻報道。高通量測序顯示生物炭和生物有機肥施用可以改善鹽堿土壤生態環境，對鹽堿地植物根際細菌群落多樣性有顯著正效應，增加了益生功能菌株的相對豐度（Gu et al.，2022；王艮梅等，2022）。但微生物這些變化對土壤生態功能的影響還需進行長期和深入研究。

本研究采用高通量測序平臺及PICRUSt 和FUNGuild 數據庫，通過分析有機肥和生物炭施用5年后新疆鹽堿沙化土壤細菌和真菌群落結構和組成的變化，及這些變化對土壤生態功能的影響，進而闡明影響土壤微生物群落的環境因子，以期通過有機肥和生物炭來調控土壤微生物多樣性，提高土壤肥力，改善鹽堿沙化土壤微生態系統功能。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與供試材料

田間試驗在新疆石河子墾區農八師121 團炮臺土壤改良試驗站進行。該試驗站位于新疆準噶爾盆地綠洲邊緣（84°58′－86°24′E，43°26′－45°20′N），屬典型內陸荒漠化氣候，冬季嚴寒，夏季炎熱，溫差較大，干旱缺水，蒸發強烈，年均氣溫7.5℃，日照2.525×103h，無霜期169 d，年降雨量22.5 cm，年蒸發量125 cm。供試土壤為粉砂土，試驗前0－20 cm 土層基本理化性質為：有機質質量分數1.38 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，堿解氮7.40 mg·kg-1，有效磷4.60 mg·kg-1，速效鉀53.00 mg·kg-1，pH 8.51，總鹽含量4.38 g·kg-1，屬輕度粉沙壤鹽堿土（張云舒等，2020）。

所用玉米秸稈生物炭，在450 ℃限氧條件下炭化4－8 h，粉碎后過2 mm 篩制成，基本理化性質為：有機碳質量分數660.00 g·kg-1，全氮12.70 g·kg-1，全磷8.87 g·kg-1，全鉀32.20 g·kg-1，pH 9.20。供試羊糞基本理化性質為：有機碳質量分數151.97 g·kg-1，全氮8.20 g·kg-1，全磷2.52 g·kg-1，全鉀3.20 g·kg-1。

1.2 試驗設計

本試驗始于2014 年，采用隨機區組設計，共設5 個處理，每個處理重復3 次，15 個小區，分別為（1）不施肥處理CK；（2）常規化肥處理NPK，常規化肥用量，根據當地農民習慣施用量，每年播種時一次性施入尿素660.00 kg·hm-2，P2O5189.30 kg·hm-2，K2O 79.05 kg·hm-2；（3）有機肥處理NPK+M，羊糞有機肥施用量與玉米秸稈生物炭相同，為31.50 t·hm-2；（4）生物炭處理NPK+B，玉米秸稈生物炭以玉米秸稈產量7.50 t·hm-2制成的生物炭化量2.63 t·hm-2為標準，參照孫強等（2022）的施用量，施用31.50 t·hm-2；（5）有機肥-生物炭處理NPK+M+B，羊糞有機肥和玉米秸稈生物炭處理施用量各31.50 t·hm-2。

小區采用覆膜滴灌栽培模式，滴灌管置于膜下，種植體系為一年一茬，田間管理措施與當地保持一致。小區面積為4.6 m×7.0 m，膜寬2.05 m，每個小區2 幅地膜，一膜三管6 行，小區間隔1 m，四周均有保護行。供試生物炭和有機肥于播種前一次性撒施，并與表層0－20 cm 土壤均勻混合。種植作物為玉米（Zea maysL.），品種“鄭單958”。5 年內玉米連續種植，各處理不再施用有機肥和生物炭，但化肥每年施用，產生的玉米秸稈均移除。

1.3 樣品采集

于2018 年8 月采集每個處理玉米根際0－20 cm 耕層土壤樣品。每個處理采用5 點法，使用抖土法抖掉根際較大顆粒土后，用刷子將植株與根際結合緊密的土壤刷下后，收集至無菌自封塑料袋中（Yoshiura et al.，2021）。每個樣品分成兩份，1 份風干后測定土壤理化性質，另1 份將每個處理的土樣混合成一個樣品，于-80 ℃冰箱保存，盡快進行高通量測序。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤理化性質的測定

土壤理化性質參照《土壤農業化學分析方法》進行測定（魯如坤，2020），pH 值測定采用電位法，陽離子交換量（CEC）測定采用乙酸銨-EDTA 交換法，電導率（EC）采用電導儀測定，有機質（OM）測定采用重鉻酸鉀容量法，全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）分別采用半微量凱氏定氮法、HClO4-H2SO4-鉬銻抗比色法、NaOH 熔融火焰光度計法測定，速效氮（AN）測定采用堿解擴散法，速效磷（AP）測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀（AK）測定采用醋酸銨浸提-火焰光度法。

1.4.2 土壤細菌和真菌群落結構多樣性測定

采用FastDNA? SPIN Kit for Soil 試劑盒進行土壤總DNA 的提取，使用質量分數為0.8%瓊脂糖凝膠電泳進行純度和濃度的檢測。細菌擴增16S rRNA 的V3-V4 可變區，引物為338F（5′-ACTCCTA CGGGAGGCAGCAG-3′）和806R（5′-GGACTACHV GGGTWTCTAAT-3′）（顧美英等，2021），真菌擴增ITS1-ITS2可變區，引物為ITS1F（5′-CTTGGTC ATTTAGAGGAAGTAA-3′）和ITS2R（5′-GCTGCG TTCTTCATCGATGC-3′）（顧美英等，2022）。擴增產物經純化回收后，依托北京諾禾致源生物信息科技有限公司Illumina Hi Seq 2500 PE250 平臺進行高通量測序工作。

1.4.3 高通量測序數據處理

在Illumina MiSeq 測序平臺上，分別對細菌16S rRNA 和真菌ITS 基因序列進行高通量測序。測序完成后得到的原始數據（Raw Data），通過Flash（V1.2.7）、QIIME（V 1.9.1）軟件和Usearch（V2.13.2）軟件進行拼接、質控和去除嵌合體序列后，得到最終的有效數據（Clean Data），進行后續分析。采用Uparse 軟件（V7.0.1001）對序列進行聚類，以相似性為97%的閾值將序列聚類成為操作分類單元（operational taxonomic unit，OTU）。采用SILVA132數據庫和Unit（V7.2）數據庫分別對細菌和真菌每個OTU 的代表序列做物種注釋，獲得各個分類水平下的物種豐度信息（鄭佳華等，2022）。

1.5 統計分析

在北京諾禾致源生物信息科技有限公司的Novomagic 云平臺上（magic.novogene.com），使用QIIME 軟件（V1.9.1）進行Alpha 多樣性指數（Simpson 指數、Shannon 指數和Chao1 指數、ACE指數）的計算，R 語言（V2.15.3）進行Heatmap 聚類分析圖繪制，Canoco5 軟件進行細菌和真菌群落α 多樣性指數、門組成與土壤理化性質的冗余分析（RDA）。利用PICRUSt 數據庫進行土壤細菌群落生態功能預測，FUNGuild 數據庫進行土壤真菌功能注釋分析。采用DPS（V9.50）軟件進行方差分析和相關性等工作。采用單因素方差分析（one-way ANOVA）、最小顯著差數法（LSD）進行多重比較差異顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 增施有機肥和生物炭對鹽堿沙化土壤理化性質的影響

由表1 可以看出，施肥增加了鹽堿沙化土壤陽離子交換量和電導率。陽離子交換量NPK+B 處理最高，其次為NPK+M 處理，分別增加了10.18%和5.45%。電導率以NPK+M 處理增幅最大，增加了53.65%；NPK+B 和NPK+M+B 處理可緩解施用化肥和有機肥對土壤鹽分的脅迫，電導率分別下降了3.27%和6.69%。對養分含量而言，施肥增加了土壤有機質、全磷、速效磷和速效鉀的含量，不同施肥處理有機質分別增加了28.46%、75.20%、69.92%和87.80%；全磷分別增加了21.74%、17.39%、17.39%和13.04%；速效磷分別增加了66.47%、213.17%、69.46%和125.15%；速效鉀分別增加了15.07%、54.76%、16.67%和59.52%。

表1 增施有機肥和生物炭對鹽堿沙化土壤理化性質的影響Table 1 Impacts of organic fertilizer and biochar application on physical and chemical properties of saline-alkali sandy soil

2.2 增施有機肥、生物炭對鹽堿沙化土壤細菌和真菌群落多樣性的影響

高通量測序結果表明，細菌共獲得16S rRNA基因有效序列 2.480×105條，每個樣品總數在3.943×104－6.254×104條之間；真菌共獲得ITS 基因有效序列 3.668×105條，每個樣品總數在5.667×104－8.664×104條之間（表2）。除NPK+B處理外，其余處理均增加了土壤中細菌有效序列數；真菌有效序列數除NPK+M+B 處理顯著降低外，其余處理均顯著增加。在97%相似水平下，得到細菌和真菌OTU 數在2 746－3 824 和267－563之間（表2）。施肥增加了土壤中細菌OTU 數，其中NPK+M 和NPK+M+B 處理顯著增加了38.53%和39.26%。真菌OTU 數有機肥和生物炭處理均降低，其中NPK+M 和NPK+M+B 處理顯著降低了12.06%和50.46%。

表2 增施有機肥和生物炭對鹽堿沙化土壤細菌和真菌群落多樣性的影響Table 2 Impacts of organic fertilizer and biochar application on bacteria and fungi community diversities in saline-alkali sandy soil

土壤微生物α 多樣性指數分析表明（表2），施肥增加了細菌Shannon 指數、Ace 指數和Chao 指數。Shannon 指數以施用NPK+M 處理和NPK+M+B 處理最高，分別提高了6.53%和6.31%。Chao 指數和Ace 指數均為NPK+M+B 處理最高，分別顯著提高了57.98%和57.25%；其次為NPK+M 處理，分別顯著提高了51.05%和50.17%。土壤真菌多樣性指數和豐度指數NPK 處理分別增加了18.66%、4.44%、5.92%和6.42%。但NPK+M 處理真菌Ace 和Chao豐度指數分別降低了11.18%和8.65%。NPK+M+B處理真菌多樣性指數和豐度指數均顯著降低，分別下降了70.05%、70.00%、54.04%和52.31%。

2.3 增施有機肥、生物炭對鹽堿沙化土壤細菌和真菌群落組成的影響

2.3.1 門水平上的細菌和真菌群落組成

土壤細菌門群落變化表明，變形菌門（Proteobacteria，41.05%－46.14%）是新疆鹽堿沙化土壤中的優勢細菌門（圖1a）。其次為放線菌門（Actinobacteria，9.69%－19.36%）、擬桿菌門（Bacteroidetes，6.45%－12.43%）和酸桿菌門（Acidobacteria，7.99%－10.10%），其余細菌門相對豐度均較低（＜10%）。進一步分析發現，施肥沒有改變土壤主要細菌門種類，但部分優勢門相對豐度有一定差異。NPK 處理擬桿菌門顯著提高了10.03%；但放線菌門顯著降低了21.64%。NPK+M處理放線菌門顯著提高了36.59%；但擬桿菌門和酸桿菌門顯著降低了42.82%和10.49%。NPK+B 處理擬桿菌門和酸桿菌門分別提高了9.06%和13.10%；而變形菌門和放線菌門則降低了8.98%和13.98%。NPK+M+B 處理放線菌門顯著提高了56.47%；變形菌門、擬桿菌門和酸桿菌門則顯著降低了9.07%、42.86%和8.98%。

圖1 增施有機肥和生物炭對鹽堿沙化土壤細菌（a）和真菌（b）門水平豐度的影響Figure 1 Impacts of organic fertilizer and biochar application on relative abundance of bacterial (a)and fungi (b) at phylum level in saline-alkali sandy soil

真菌中子囊菌門（Ascomycota，67.58%－92.28%）在新疆鹽堿沙化土壤中占比最高，是優勢真菌門（圖1b）。其次為接合菌門（Zygomycota，4.69%－30.89%）和擔子菌門（Basidiomycota，0.64%－9.06%）。子囊菌門NPK、NPK+B 和NPK+M+B處理分別顯著增加了12.73%、12.96%和25.47%；而NPK+M 處理則降低了8.12%。接合菌門NPK+M處理顯著增加了56.25%；其余處理均顯著降低了76.28%、57.31%和74.20%。擔子菌門除NPK+M+B處理顯著降低了46.47%外，其余處理均顯著增加了665.00%、11.67%和555.83%。其余真菌門則顯著降低了39.05%、96.53%、88.87%和63.87%。

2.3.2 屬水平上的細菌和真菌群落組成

從屬水平來看，不同處理相對豐度排名前35的細菌屬具有顯著差異，在整個細菌群落中占比分別為33.45%、37.74%、29.03%、34.93%和28.77%，優勢菌屬（相對豐度≥1.0%）以鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、節桿菌屬（Arthrobacter）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和微枝形桿菌屬（Microvirga）等為主。5 個土壤樣品分成兩大類（圖2），NPK+M與NPK+M+B 處理聚為一大類，CK 和NPK+B 處理聚為一類后與NPK 處理聚為一大類。其中NPK處理鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、產黃菌屬（Flavobacterium）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、纖維弧菌屬（Cellvibrio） 、浮霉狀菌屬（Planctomyces）、Flavitalea屬的相對豐度較高；NPK+M 處理節桿菌屬（Arthrobacter）、馬賽菌屬（Massilia）、鏈霉菌屬（Streptomyces）的相對豐度較高；NPK+B 處理砂單孢菌屬（Arenimonas）、土生單胞菌屬（Terrimonas）和類似芽球菌屬（Blastocatella）的相對豐度較高；NPK+B+M 處理類諾卡氏屬（Nocardioides）、微枝形桿菌屬（Microvirga）、中華單胞菌屬（Sinomonas）的相對豐度較高。

圖2 鹽堿沙化土壤增施有機肥和生物炭細菌屬水平群落組成熱圖Figure 2 Clustering heatmap of bacterial community at genus level in saline-alkali sandy soil with organic fertilizer and biochar application

相對豐度排名前35 的真菌屬不同處理間也具有顯著差異，占比分別為65.35%、53.51%、57.90%、54.12%和5.64%，優勢菌屬（相對豐度≥1.0%）以赤霉菌屬（Gibberella）、根霉菌屬（Rhizopus）、被孢霉屬（Mortierella）、彎孢菌屬（Curvularia）等為主， 此外還包括子囊菌門發菌科（Trichocomaceae）的一類未鑒定到屬的真菌，占比分別為15.84%、18.23%、6.09%、27.83%和85.27%。圖3 中5 個土壤樣品分成兩大類，NPK+M 與NPK+M+B 處理聚為一大類，NPK 和NPK+B 處理聚為一類后與CK 處理聚為一大類。施肥顯著降低了土壤中赤霉菌屬（Gibberella）、根霉菌屬（Rhizopus）、毛霉菌屬（Mucor）和鐮刀菌屬（Fusarium）等病原真菌相對豐度，NPK+B+M 處理降幅最大。NPK處理地衣小荷葉屬（Lichenomphalia）、鏈格孢屬（Alternaria）、枝頂孢霉屬（Acremonium）、端梗霉屬（Acrophialophora）、漆斑菌屬（Myrothecium）等相對豐度較高。NPK+M 處理曲霉菌屬（Aspergillus）、被孢霉屬（Mortierella）、綠僵菌屬（Metarhizium）等相對豐度較高。NPK+B 處理彎孢菌屬（Curvularia）、枝孢菌屬（Cladosporium）和鐮刀菌屬（Fusarium）等相對豐度較高。NPK+B+M 處理發菌科真菌相對豐度最高，其余真菌屬相對豐度總體降幅較大。

圖3 鹽堿沙化土壤增施有機肥和生物炭真菌屬水平群落組成熱圖Figure 3 Clustering heatmap of fungi community at genus level in saline-alkali sandy soil with organic fertilizer and biochar application

2.4 增施有機肥、生物炭對鹽堿沙化土壤細菌和真菌功能的預測

為了解增施有機肥和生物炭對鹽堿沙化土壤細菌和真菌功能多樣性的影響，分別采用PICRUSt和Funguild 軟件對細菌和真菌群落進行功能預測。

對細菌功能預測表明，在一級功能層水平上，新陳代謝（51.17%－51.45%）、遺傳信息處理（15.65%－16.03%）和環境信息處理（12.84%－13.61%）的基因豐度最高。在三級功能層水平上（圖4），共獲得27 類細菌功能。有機肥和生物炭提高了與膜轉運（轉運蛋白，ABC 轉運蛋白、細菌運動蛋白等）、氨基酸、核苷酸和碳水化合物代謝、光合作用（卟啉和葉綠素代謝）以及抗逆相關途徑復制重組與修復（DNA 修復和重組蛋白）等相關功能細菌的相對豐度。對增幅大于3%的功能統計發現，NPK 處理增加了分泌系統（3.61%）和細菌運動蛋白（3.05%）等功能；NPK+M 處理提升了與轉運和代謝等相關的甲烷代謝（3.92%）、卟啉和葉綠素代謝（3.41%）、轉運蛋白（5.59%）和ABC 轉運蛋白（6.07%）等功能；NPK+B 處理提升了與代謝、轉錄等相關的氨基酸糖與核苷酸糖代謝（4.90%）、氧化磷酸化（3.31%）、肽酶（3.29%）、伴侶和折疊催化劑（3.33）、其他離子耦合輸送器（3.23%）和轉錄機制（3.26%）等功能；NPK+M+B 處理提升了與轉運和代謝等相關的甲烷代謝（4.90%）、卟啉和葉綠素代謝（4.55%）、轉運蛋白（6.17%）和ABC 轉運蛋白（7.03%）等功能。此外有機肥增加了甲烷代謝功能細菌群落，生物炭增加了具原核生物碳固定途徑功能細菌群落。

圖4 鹽堿沙化土壤增施有機肥和生物炭細菌群落功能預測Figure 4 Function prediction of bacterial community in saline-alkali sandy soil with organic fertilizer and biochar application

基于FUNGuild 數據庫對真菌進行功能注釋（圖5），按營養方式劃分主要以腐生型（31.12%－90.71%）、病理型（0.08%－40.92%）真菌為主。分析表明，有機肥和生物炭均增加了腐生型真菌相對豐度，其中NPK+M+B 處理增幅最高，顯著增加了128.13%。NPK、NPK+B 處理共生型真菌相對豐度分別顯著增加920.22%和719.53%。病理型真菌相對豐度各施肥處理均顯著下降，其中NPK+M+B處理顯著降低了99.81%。

圖5 鹽堿沙化土壤增施有機肥和生物炭真菌群落功能預測Figure 5 Function prediction of fungi community in saline-alkali sandy soil with organic fertilizer and biochar application

2.5 不同施肥處理下微生物群落多樣性和組成與土壤理化性質的冗余分析

為進一步分析土壤微生物群落多樣性和組成與土壤理化性質的相關性，本研究基于門水平優勢菌群相對豐度、微生物多樣性指數與土壤pH、CEC、EC 和養分含量等理化性質進行冗余分析（Redundancy analysis，RDA）。結果表明（圖6），土壤鉀含量的變化是影響土壤微生物多樣性的重要環境因素，NPK+M+B 處理顯著改變了細菌和真菌群落組成。

圖6 細菌多樣性指數、門組成與土壤理化性質的冗余分析Figure 6 Redundancy analysis of diversity indices, phylum composition of bacteria with soil physical and chemical properties

對土壤細菌群落多樣性和組成來說（圖6），主成分1 和主成分2 分別解釋了所有信息的63.38%和25.9%，總解釋率達到89.28%。在細菌群落多樣性方面，除與土壤pH 呈負相關外，與其它理化性質指標之間總體呈正相關。其中除Simpson 指數外，其它細菌群落多樣性指標與OM、AN、AP、AK 相關性顯著，尤其是與AK 呈極顯著相關。在細菌群落組成方面，土壤AK 是影響細菌群落組成變化的主要環境因子，其次為OM、TP 和TK。不同處理分散在不同的區域，其中NPK+M+B 位于第一象限，NPK+M 處理位于第四象限，這兩個處理距離較近，說明群落結構相似；NPK+B 處理位于第二象限，CK 和NPK 處理位于第三象限，與前兩個處理均距離較遠，有明顯的分離。

對土壤真菌群落組成來說（圖7），主成分1和主成分 2 分別解釋了所有信息的 45.51%和32.88%，總解釋率達到78.39%。在真菌群落多樣性方面，在真菌群落多樣性方面，除與土壤CEC、EC和TP 呈正相關外，與其它理化性質標之間總體呈負相關。其中AK 與Chao1 指數和ACE 指數呈顯著負相關，而TK 與土壤理化性質呈極顯著負相關。在真菌群落組成方面，土壤TN 是影響真菌群落組成變化的主要環境因子，其次是TK、CEC 和AN。不同處理分散在不同的區域，差異明顯。其中NPK+M 處理位于第一象限，CK 處理位于第二象限，NPK 和NPK+B 處理位于第三象限，NPK+M+B處理位于第四象限。

圖7 真菌多樣性指數、門組成與土壤理化性質的冗余分析Figure 7 Redundancy analysis of diversity indices, phylum composition of fungi with soil physical and chemical properties

3 討論

3.1 增施有機肥、生物炭5 年對鹽堿沙化土壤理化性質作用

生物炭和有機肥施用對鹽堿沙化土壤環境因子產生有益影響（Wang et al.，2022a）。研究表明施用5 年后羊糞有機肥可顯著提高鹽堿沙化土壤養分含量和陽離子交換量，但電導率顯著增加了53.65%，產生了較大次生鹽漬化風險，在某種程度上增加土壤表層積鹽（張建兵等，2013）。而生物炭由于孔隙豐富和比表面積較大，可顯著增加鹽堿沙化土壤陽離子交換量，養分含量增效雖不及有機肥，但電導率增幅低于有機肥，僅增加了19.16%。Wang et al（2022b）研究表明生物炭對鹽堿地改良效果好于有機肥。與單施相比，有機肥和生物炭聯合施用，電導率僅增加了14.95%，而有機質、全鉀和速效鉀含量提升效果也最好?？傊呗摵鲜┯?，可降低土壤鹽含量、提高養分利用率，消除單獨施用過程中各自的不利影響，起到互補提升作用，優化了鹽堿沙化土壤理化性質的改良效果（陳麗美等，2019）。

3.2 增施有機肥、生物炭5 年對鹽堿沙化土壤細菌群落多樣性、組成及功能調控

增施營養物質可通過調控土壤微生物群落多樣性來改善鹽堿沙化土壤微生態（Mao et al.，2022）。本研究表明施肥增加了土壤細菌群落Shannon 多樣性指數及Chao 和Ace 豐度指數，以有機肥—生物炭效果最好，分別提高了6.31%、57.98%和57.25%。說明有機肥-生物炭更有利于鹽堿沙化土壤細菌種類和數量的富集。冗余分析表明土壤鉀含量是影響土壤微生物多樣性的重要環境因素。通過增施有機肥或生物炭改善土壤鉀素狀況，可促進光合作用和光合產物的運輸、吸收，增加作物產量和品質，提高植株的抗病性和抗逆性（趙雅姣等，2020）。

由于變形菌門、放線菌門、擬桿菌門和酸桿菌門有很好的極端環境適應和生存能力，在干旱半干旱地區土壤中廣泛存在（王光華等，2016；Khan et al.，2020；Yang et al.，2022）。增施有機肥和有機肥-生物炭能顯著增加產有益代謝產物、促進有機質分解和腐殖質形成的放線菌門相對豐度（Ebrahimi-Zarandi et al.，2022）。尤其是有機肥-生物炭對土壤細菌群落有顯著調控作用，促進了營養型細菌的代謝及與養分循環、植物生長和病害抑制相關的細菌生長（Duan et al.，2022）。由于生物炭存在難以被微生物降解的苯環結構，養分含量低于糞肥，因此具有嗜酸、寡營養、難培養特點的酸桿菌門相對豐度有所增加，但也增加了可成為病原菌的擬桿菌門豐度（黃俊杰等，2022）。也有研究表明生物炭沒有改變門一級微生物類群的相對豐度和預測功能基因（Wu et al.，2020）。與土壤理化性質的冗余分析表明，影響細菌門群落結構的主要環境因子是土壤養分，而非土壤鹽分和pH 值。研究表明pH 和鹽分也是生物炭和有機肥施入土壤細菌群落變化的主要因素（王艮梅等，2022），與本文研究結果不一致?？赡苁且驗楸驹囼瀸佥p度鹽堿化土壤，經5 年的生物炭和有機肥改良，鹽度和pH 對土壤細菌的影響已不顯著。

本研究優勢細菌包括鞘氨醇單胞菌（代金霞等，2021）、節桿菌屬（Safdarian et al.，2020）、芽孢桿菌屬（Zahra et al.，2023）和微枝形桿菌屬（Cueva-Yesquén et al.，2021）等，這些細菌在長期逆境環境脅迫下，具有較強耐鹽堿、干旱和耐貧營養能力等能力。與其它施肥處理相比，增施有機肥顯著增加了節桿菌屬、馬賽菌屬（Kirui et al.，2022）、鏈霉菌屬（Li et al.，2023）等相對豐度；有機肥—生物炭顯著增加了類諾卡氏屬（Nafis et al.，2019）、中華單胞菌屬（Tchakounté et al.，2018）、微枝形桿菌屬等相對豐度，這些菌在鹽堿、干旱土壤中均可增加土壤養分循環、提高植株抗逆性、促進植物生長。而生物炭顯著增加的砂單胞菌屬、土生單胞菌屬和類似芽球菌屬等在鹽堿和干旱地區雖有所發現，但未見促生、抗逆等報道。

有機肥和生物炭通過改良土壤微生物環境，使鹽堿沙化土壤細菌優勢物種基因主要富集在與膜轉運、氨基酸、核苷酸和碳水化合物代謝、光合作用以及抗逆相關途徑復制重組與修復等物質代謝通路上，這些功能大多與維持細胞功能和結構有關。因此增施有機肥-生物炭更有利于提升土壤微生物抗鹽堿、干旱等的能力。

3.3 增施有機肥、生物炭5 年對鹽堿沙化土壤真菌群落多樣性、組成及功能預測

真菌對土壤環境的變化相比細菌更敏感性，施肥對鹽堿、干旱、貧瘠等環境的改變也將引起真菌群落結構和多樣性的變化（管鴻智等，2023）。本研究表明施肥降低了土壤真菌種類和數量，尤其是有機肥-生物炭處理真菌群落多樣性和豐度指數分別顯著降低了70.05%、70.00%、54.04%和52.31%，進而降低了土傳真菌性病害風險。但也有研究表明酸化土壤，通過改變細菌關鍵物種豐度增強了土壤多功能性，與真菌無關（Han et al.，2022）。

本研究表明，有機肥和有機肥-生物炭增加了腐生和對養分循環起重要作用的子囊菌門和接合菌門相對豐度（陳松鶴等，2022）。生物炭則易與植物根系共生形成菌根真菌，有利于增加促進植物生長的擔子菌門相對豐度（Wang et al.，2022）。但接合菌門和擔子菌門中也存在一些具有致病風險的菌屬，如黑粉菌和銹菌病原菌。冗余分析表明，影響真菌門群落結構多樣性的主要環境因子除土壤養分外，還包括土壤鹽分和陽離子交換量。土壤沙化、鹽分的積累破壞了土壤結構和團聚體，導致土壤真菌的生存環境惡化，而生物炭和有機肥對鹽堿土團聚體和陽離子交換量有明顯的改良，進而對真菌產生顯著影響，尤其是促進了耐鹽性更強的菌根真菌生長（Solaiman et al.，2020）。

進一步對真菌屬水平群落組成進行分析表明，有機肥和生物炭總體降低了鹽堿沙化土壤中潛在病原真菌（赤霉菌屬、根霉菌屬、鏈格孢屬和鐮刀菌屬等）的數量（Bonanomi et al.，2021），有機肥和生物炭增加了鹽堿沙化土壤中養分含量，增強了植物抵御病害的能力，也增加了土壤中殺蟲、抑菌等有益真菌數量，尤其是曲霉菌屬（Khan et al.，2022）、淡紫擬青霉屬和綠僵菌屬（Baron et al.，2020）、被孢霉屬（Ozimek et al.，2020）、青霉屬（Yao et al.，2021）和發菌科未鑒定出屬有益真菌數量增幅更明顯，而研究表明發菌科真菌能產生抗真菌、抗氧化活性和殺蟲劑等的代謝產物（Mugonza et al.，2020），故相對豐度占85.27%的有機肥-生物炭處理病原真菌數量降幅最明顯。

真菌功能預測表明，鹽堿沙化土壤養分和非生物性質（EC 和CEC）對真菌的影響大于細菌。秸稈等經牲畜過腹還田，增加了鹽堿沙化土壤中腐生營養型真菌相對豐度，降低了土壤中病理營養型真菌比例（南麗麗等，2020）。而真菌在短時間內無法有效分解利用生物炭中極難分解的惰性碳，所以腐生營養型真菌相對豐度較少；病理營養型真菌相對豐度較高，這與王光飛等（2015）研究結果一致。而增施有機肥—生物炭對土壤結構和有機質的改變最高，故真菌種類和相對豐度變化最大，顯著增加了土壤中腐生功能真菌數量，尤其是土壤中有益發菌科真菌相對豐度占顯著優勢，進而導致病理營養型真菌相對豐度明顯減少，更有利于降低鹽堿沙化土壤土傳病害風險，真菌群落組成、相對豐度和功能更加優化。

4 結論

本研究對定位5 年的新疆鹽堿沙化土壤增施有機肥和生物炭玉米田間試驗土壤微生物群落結構和生態功能、以及與土壤理化性質的相關性分析，得出以下結論：

（1）有機肥和生物炭能改善鹽堿沙化土壤理化性質及微生物群落結構，其中增施有機肥-生物炭處理對土壤中有機質、速效磷和速效鉀有很好的提升作用，更有利于增加土壤中細菌群落多樣性，使細菌群落組成朝更有利于增加耐受鹽堿、干旱、抗菌和寡營養能力的放線菌門方向發展，提高了與鹽堿、干旱等抗逆相關的細菌代謝功能。冗余分析表明細菌多樣性與土壤pH 呈負相關，與CEC、EC和養分含量呈正相關；AK、OM、TP、TK 是影響鹽堿沙化土壤細菌群落組成和豐度變化的主要環境驅動因子。

（2）有機肥和生物炭降低了潛在病原真菌群落組成和豐度，減少土傳真菌病害風險，改善了鹽堿沙化土壤微環境。功能預測表明，有機肥-生物炭處理顯著降低土壤中病理營養型真菌比例。冗余分析表明真菌多樣性與土壤CEC、EC和TP呈正相關，與養分含量呈負相關。TN、TK、CEC、AN 是影響鹽堿沙化土壤真菌群落組成和豐度變化的主要環境驅動因子。

（3）通過施用有機肥和生物炭，尤其是有機肥-生物炭來調節土壤養分和電導率，提高有益微生物組、抑制有害真菌數量，可以使鹽堿沙化土壤微生態系統朝穩定健康方向發展。